Repercussão do uso de suportes ventilatórios na sensibilidade das células ciliadas do recém -nascido

Carolina Madureira Rodrigues Rocha de Sá e Mello

Dissertação para obtenção do grau de mestre em Engenharia Biomédica

Orientador: Prof. Doutor Carlos J. Dias Co-Orientador: Prof. Doutora Maria Teresa Neto Co-Orientador: Prof. Doutora Luisa Monteiro

20 de Abril de 2012

ii

Agradecimentos

Ao Professor Carlos Dias pela orientação científica da dissertação e esclarecimento de dúvidas

sobre conceitos teóricos mais complexos.

À Professora Dr.ª Maria Teresa Neto por toda a sua disponibilidade, orientação e apoio ao

longo destes meses, sem a qual não seria possível a realização deste projecto. Gostaria

também de agradecer todo o seu trabalho de revisão da tese.

À Dr.ª Luisa e ao departamento de ORL do hospital Dona Estefânia por terem cedido o

equipamento necessário à realização dos exames auditivos. Quero ainda agradecer à Dr.ª

Luisa pelo esclarecimento de dúvidas relativas aos exames de OEA e ABR.

A toda a equipa de médicos da UCIN do hospital Dona Estefânia, que me auxiliou na

realização dos exames de rastreio auditivo, em particular à Dr.ª Ana Pita que tantas vezes

permaneceu comigo na unidade após ter terminado o seu turno e que fez tudo ao seu alcance

para contribuir para o sucesso deste trabalho.

A todos os pais, que apesar de se encontrarem a viver um período traumático, consentiram que

os seus filhos entrassem neste estudo. Sem eles este estudo não teria sido realizado.

Ao Departamento de Materiais da Faculdade de Ciência e Tecnologia da Universidade Nova de

Lisboa por ter facultado todo o material e software necessários à realização dos estudos

acústicos.

Gostaria ainda de deixar um agradecimento a todos os enfermeiros e auxiliares da UCIN do

hospital Dona Estefânia que me viram durante meses invadir o seu local de trabalho com todo

o tipo de aparelhagem. Muito obrigada pela vossa boa disposição e simpatia constantes que

tornam o ambiente desta unidade crítica mais leve. Obrigada também pela vossa pronta

disponibilidade em me ajudarem a mover mobiliário e incubadoras de modo a facilitar acesso a

locais de medição.

Finalmente gostaria de agradecer à minha família, em especial à minha prima Inês e ao marido

por me terem deixado tornar a sua sala de estar em sala de estudo durante o último mês da

elaboração desta dissertação. E à minha mãe por todo o seu apoio incondicional e paciência

em aturar os meus queixumes e mau humor quando as coisas não corriam como planeado.

iii

Resumo

Introdução: Os recém-nascidos (RN) admitidos em unidades de cuidados intensivos (UCIN)

estão expostos a níveis de ruído superiores aos recomendados, dependentes de múltiplos

fatores nomeadamente tipo de ventilação. Esta exposição pode ter eventual repercussão na

acuidade auditiva. A perda da audição causa graves problemas no desenvolvimento cognitivo

pelo que é importante determinar e reduzir as suas causas. Objetivo: Avaliar o ruído a que é

submetido um RN com suporte ventilatório e determinar se existe relação entre o tipo de

ventilação e alterações no funcionamento das células ciliadas cocleares. Local do estudo:

UCIN do Hospital Dona Estefânia. Tipo de Estudo: Estudo de casos. Métodos e Doentes :

Utilizou-se o sonómetro modelo 2260 Investigator da Brüel and Kjær para medir níveis de ruído

na UCIN e o equipamento Abaer and OEA Hearing Screening System da Bio-logic para avaliar

a função coclear dos RN. Realizaram-se medições de ruído ambiental e em incubadoras nas

seguintes condições: vazia, com RN sem suporte ventilatório, com RN em dois tipos de suporte

ventilatório: invasivo e CPAP nasal (Continuous Positive Airway Pressure). Todas as medições

foram efectuadas por períodos de 24 horas. Para determinar possíveis alterações do

funcionamento das células ciliadas cocleares todos os RN foram submetidos diariamente a

exames de rastreio de otoemissões acústicas durante o período de internamento. Quando

possível acrescentaram-se os resultados do rastreio auditivo realizado em ambulatório.

Realizaram-se pontualmente exames de potenciais evocados auditivos para detectar possíveis

falsos positivos. Resultados: Foram estudados 8 RN. O CPAP apresentou níveis constantes

de ruído de cerca de 64dB e a ventilação mecânica invasiva na ordem dos 56dB. Parece haver

uma tendência de pior função auditiva por parte dos recém-nascidos ventilados. Não foi

demonstrada relação direta entre o uso se suporte ventilatório e alterações no funcionamento

das células ciliadas cocleares. Conclusão: Parece haver uma tendência de pior resposta

auditiva por parte dos RN ventilados que deverá ser confirmada em estudo envolvendo maior

número de doentes.

Palavras-chave: Cuidados Intensivos Neonatais, Vent ilação Assistida, CPAP nasal,

células ciliadas cocleares, sensibilidade auditiva

iv

Abstract

Background: Neonates in intensive care units (NICU) are exposed to noise often exceeding

recommended levels. Noise levels depend on multiple factors namely type of ventilator support.

Noise may influence hearing sensitivity. Hearing loss has a great influence in cognitive

development so it is important to determine and reduce its causes. Objective : To determine the

noise to which neonates with respiratory support are exposed, and understand if there is a link

between the type of respiratory support and hearing loss. Setting: NICU of Dona Estefânia

Hospital. Material and Methods: A sound level meter, model 2260 Investigator from Brüel and

Kjær, to measure noise intensity and the Abaer and OEA Hearing Screening System from Bio-

logic to perform hearing screen evaluation to the neonates. Noise intensity was measured in

various conditions of the NICU: environmental noise, noise inside the incubator under several

conditions - empty, with infants without mechanical ventilation, with infants with invasive

mechanical ventilation and with infants receiving nasal continuous positive airway pressure

(CPAP). In order to assess changes in the sensitivity of cochlear hair cells, all infants in NICU

were submitted to otoacoustic emissions (OEA) hearing screens once a day during their entire

stay in the NICU. When possible, data from the official hearing screening appointment, obtained

after discharge, was also collected. When necessary, auditory brain stem responses (ABR)

were performed to exclude possible OEA false positives. Type of study: Case studies for each

of the eight children evaluated. Results: Nasal CPAP produces continuous noise levels at

around 64dB and invasive mechanical ventilation at 54dB. The data obtained doesn’t show a

direct connection between ventilatory support and changes in cochlear hair cells sensitivity.

Conclusion : Although there seems to be a tendency among NICU infants under ventilation to

score lower in hearing screening tests although his tendency is not enough to draw any

conclusions. Further studies enrolling more newborn infants are needed to answer this

question.

Key words: Neonatal Intensive Care Unit, Continuous positive airway pressure, Invasive

mechanical ventilation, NICU, OAE, cochlea’s hair c ells

v

Simbologia e Notações

CPAP – Continuous Positive Airway Pressure

RN – Recém-nascido

UCIN – Unidade de cuidados intensivos neonatais

OEA – Otoemissões Acústicas

f – Frequência

T – Período

Λ – Comprimento de onda

c – Velocidade do som

ϕ – Fase inicial

p(t) – Pressão sonora instantânea

P – Potência sonora

I – Intensidade sonora

SPL – Nível de pressão sonora

SIL – Nível de intensidade sonora

W – Watt, medida de potência

Pa – Pascal, medida de pressão

dB – Decibel, medida do som

Hz – Hertz, medida de frequência

Leq – Ruído equivalente

Lmin – Ruído mínimo

Lamx – Ruído máximo

L10 – Valor do nível de pressão sonora excedido 10% do tempo de medição

L50 – Valor do nível de pressão sonora excedido 50% do tempo de medição

L90 – Valor do nível de pressão sonora excedido 90% do tempo de medição

Lep,d – Nível de exposição diária

dB(A) – Decibéis calculados utilizando o filtro de ponderação A

dB(B) – Decibéis calculados utilizando o filtro de ponderação B

dB(C) – Decibéis calculados utilizando o filtro de ponderação C

vi

S – Tempo de resposta lento

F – Tempo de resposta rápido

I – Tempo de resposta de impulso

DEPOEA – Otoemissões acústicas evocadas produtos de distorção

ABR – Resposta auditiva do tronco cerebral

POVR – Point optimum variance ratio

ORL – Otorrinolaringologista

NF – Ruído ambiental

CMV – Citomegalovírus

OMS – Organização mundial de saúde

vii

Índice

Agradecimentos .................................... ........................................................... ii

Resumo ............................................ ................................................................ iii

Abstract .......................................... .................................................................. iv

Simbologia e Notações ............................. ....................................................... v

Estado da Arte .................................... .............................................................. 1

1. Fundamento Teórico ................................ .................................................... 4

1.1. Acústica ......................................................................................................................... 4

1.1.1. O Som e os seus parâmetros ........................................................................ 4

1.1.2. Níveis sonoros e o decibel ............................................................................ 7

1.1.3. Filtros e Frequências ..................................................................................... 11

1.1.4. O ruído ............................................................................................................... 16

1.1.5. Psicoacústica .................................................................................................. 19

1.2. Audiologia ................................................................................................................... 21

1.2.1. Anatomia e fisiologia da audição ............................................................... 21

1.2.2. Exames audiológicos .................................................................................... 32

2. Descrição dos alvos de estudo ..................... ............................................ 38

2.1. Recém-nascidos ........................................................................................................ 38

2.2. Unidade de Cuidados Intensivos Neonatais ...................................................... 39

2.3. Incubadoras ................................................................................................................ 40

2.4. Ventilação .................................................................................................................... 43

3. Metodologia de abordagem .......................... ............................................. 46

3.1. Estudos acústicos ..................................................................................................... 46

3.1.1. Equipamento .................................................................................................... 46

3.1.2. Estudo acústico ambiental .......................................................................... 46

3.1.3. Estudo acústico de incubadoras ............................................................... 48

3.2. Estudo audiológico ................................................................................................... 50

3.2.1. Equipamento .................................................................................................... 50

3.2.2. Exame de rastreio DPOEA ........................................................................... 51

3.2.3. Exame de rastreio ABR ................................................................................. 53

3.2.4. Informação dos recém-nascidos ................................................................ 56

4. Discussão de Resultados ........................... ............................................... 58

4.1. Estudo acústico ......................................................................................................... 58

4.1.1. Estudo acústico ambiental .......................................................................... 58

viii

4.1.2. Estudo acústico de incubadoras ............................................................... 60

4.2. Estudos audiológicos .............................................................................................. 68

5. Conclusões ........................................ ......................................................... 87

Bibliografia ...................................... ................................................................ 90

ix

Índice de Figuras

Figura 1 – Correspondência entre a pressão do ar e a onda sonora ........................................... 5

Figura 2 - Exemplo de um espectro de amplitude (retirado do Software Noise Explorer Type 7815) . 6

Figura 3 - Exemplos de escala linear e escala logarítmica [31] .................................................... 9

Figura 4 - Correcções para soma de fontes sonoras [31] ........................................................... 10

Figura 5 - Correcções para subtracção de fontes sonoras [31] .................................................. 11

Figura 6 - Comparação de banda fina, de 1 oitava e de 1/3 de oitava (adaptado de [1]) ............. 14

Figura 7 - Frequências de resposta das ponderações A, B e C (adaptado de [1]) ...................... 14

Figura 8 - Exemplos de sonómetros .......................................................................................... 18

Figura 9 - Curvas isofónicas [31] ................................................................................................. 20

Figura 10 - A cabeça e as suas estruturas [2] ............................................................................. 21

Figura 11 - As três porções do ouvido [2] .................................................................................... 22

Figura 12- Ouvido externo [2] ...................................................................................................... 23

Figura 13 - Membrana Timpânica [2] ........................................................................................... 24

Figura 14 - Ouvido médio [2] ....................................................................................................... 25

Figura 15 - Ouvido interno [2] ...................................................................................................... 27

Figura 16- Resumo da fisiologia auditiva desde o ouvido externo ao interno [4] ....................... 31

Figura 17 - Células ciliadas cocleares [5] ................................................................................... 29

Figura 18 - Sistema auditivo do aparelho receptor ao centro de percepção [3] ......................... 30

Figura 19 - Sonda de OEA e aparato auditivo [5] ........................................................................ 33

Figura 20 - Gráfico exemplo de um exame ABR [6] .................................................................... 35

Figura 21 - Planta da UCIN do hospital Dona Estefânia ............................................................. 40

Figura 22 – Incubadora Air Shields Isolette C2000 e incubadora Caleo [7] [8] ........................... 41

Figura 23 - Incubadora Giraffe e incubadora 8000SC [9] [10] ..................................................... 42

Figura 24 - Equipamento de CPAP Infante Flow SiPAP da Viasys Healthcare [11] ................... 44

Figura 25 - Ventilador Babylog 8000 Plus da Dräger [12] ........................................................... 45

Figura 26 - Sonómetro 2260 Investigator da Brüel and Kjær [13] ............................................... 46

Figura 27 - Planta da UCIN do Hospital Dona Estefânia com localização das medições ambientais ................................................................................................................................... 47

Figura 28 - Equipamento Abar and OEA Hearing Screening System [13] .................................. 51

Figura 29 - Resultado de um Exame de Rastreio DPOAE ......................................................... 53

Figura 30 - Resultado de um Exame de Rastreio ABR .............................................................. 55

Figura 31 - Gráfico com os LAeq ambientes da UCIN do hospital Dona Estefânia ...................... 59

Figura 32 - Gráfico do Leq em incubadoras sem ocupação ........................................................ 61

Figura 33 - Gráfico do Leq em incubadoras com RN sem ventilação .......................................... 63

Figura 34 - Gráfico do Leq em incubadoras com RN com ventilação mecânica invasiva ........... 64

x

Figura 35 - Gráfico do Leq em incubadoras com RN com CPAP nasal....................................... 64

Figura 36 - Gráficos da evolução temporal do rastreio do RN R.M. ........................................... 69

Figura 37 - Gráfico da folga dos resultados do RN R.M. ............................................................ 70

Figura 38 - Gráficos da evolução temporal do rastreio do RN A.V. ............................................ 71

Figura 39 - Gráfico da folga dos resultados do RN A.V. ............................................................. 72

Figura 40 - Gráficos da evolução temporal do rastreio do RN S.F. ............................................ 73

Figura 41 - Gráfico da folga dos resultados do RN S.F. ............................................................. 74

Figura 42 - Gráficos da evolução temporal do rastreio do RN S.N. ............................................ 75

Figura 43 - Gráfico da folga dos resultados do RN S.N. ............................................................. 76

Figura 44- Gráficos da evolução temporal do rastreio do RN T.R. ............................................. 78

Figura 45 - Gráfico da folga dos resultados do RN T.R. ............................................................. 79

Figura 46 - Gráficos da evolução temporal do rastreio do RN F.A. ............................................ 80

Figura 47 - Gráfico da folga dos resultados do RN F.A. ............................................................. 81

Figura 48 - Gráficos da evolução temporal do rastreio do RN M.C. ........................................... 82

Figura 49 - Gráfico da folga dos resultados do RN M.C. ............................................................ 83

Figura 50 - Gráficos da evolução temporal do rastreio do RN S.L. ............................................ 84

Figura 51 - Gráfico da folga dos resultados do RN S.L. ............................................................. 85

xi

Índice de Tabelas

Tabela 1 - Frequências centrais das bandas de oitava e 1/3 de oitava (adaptado de [1]) ............ 12

Tabela 2 - Bandas de oitava e 1/3 de oitava (adaptado de [1]) ..................................................... 13

Tabela 3 - Valores das Ponderações A, B e C (adaptado de [15]) ................................................ 15

Tabela 4 - Classificação dos níveis de exposição diária(adaptado de [1]) .................................... 17

Tabela 5 - Parâmetros dos "tempos de resposta"(adaptado de [1]).............................................. 19

Tabela 6 – Incubadoras existentes na UCIN do hospital D. Estefânia ....................................... 41

Tabela 7- Especificações do fabricante para as incubadoras da UCIN do Hospital Dona Estefânia [9] [10] [7] [8] ................................................................................................................ 43

Tabela 10 - Medições em incubadoras sem ocupação .............................................................. 48

Tabela 11 - Medições em incubadoras com RN ......................................................................... 49

Tabela 12 - Parâmetros de estímulo e gravação do rastreio de DPOEA [13] ............................ 51

Tabela 13 - Protocolo dos DPOEA [13] ...................................................................................... 52

Tabela 14 - Parâmetros de estímulo e gravação do rastreio de ABR [13] ................................. 54

Tabela 15 - Informação sobre RN estudados ............................................................................. 56

Tabela 16 - Informação sobre os exames realizados ................................................................. 57

Tabela 17 - Intervalos diários de LAeq ....................................................................................... 58

Tabela 18 - Intervalos diários de L10 ........................................................................................... 60

Tabela 19 - Intervalo diário para a frequência de 500Hz ............................................................ 60

Tabela 20 - Resultados do Lmin, L10 e L90 para incubadoras sem ocupação .............................. 61

Tabela 21 - Valores de atenuação das incubadoras................................................................... 62

Tabela 22- Valores do Leq, Lmin e L90 para incubadoras com RN e em análise de blocos de 1h 65

Tabela 23 - Valores do Leq e L90 para incubadoras com RN e em análise de blocos de 12h ..... 66

Tabela 24 - Informações do RN R.M. ......................................................................................... 69

Tabela 25 - Informações do RN A.V. .......................................................................................... 71

Tabela 26 - Informações do RN S.F............................................................................................ 73

Tabela 27 - Informações do RN S.N. .......................................................................................... 75

Tabela 28 - Informações do RN T.R. .......................................................................................... 78

Tabela 29 - Informações do RN F.A............................................................................................ 80

Tabela 30 - Informações do RN M.C. ......................................................................................... 82

Tabela 31 - Informações do RN S.L. ........................................................................................... 84

1

Estado da Arte O início dos cuidados intensivos neonatais com novos e melhores equipamentos de suporte e

apoio de vida, e a evolução das técnicas de ressuscitação, são responsáveis por um

decréscimo na taxa de mortalidade dos recém-nascidos – RN, pré-termo [1] e/ou gravemente

doentes. Com o progresso da ciência e tecnologia os tratamentos de várias patologias e a

reabilitação dos RN pré-termo alcançaram níveis altamente sofisticados [2]. Esta maior taxa de

sobrevivência provocou um aumento do número de pacientes que passa pelas Unidades de

Cuidados Intensivos Neonatais – UCIN, assim como um aumento no tempo de permanência.

Em Portugal és estimado que cerca de 10% dos nados vivos necessitam de cuidados

intensivos neonatais [3].

Devido à sua imaturidade a maioria dos RN que passa pelas UCIN necessita de monotorização

intensiva e de algum tipo de assistência médica, o que resulta em que estejam expostos a um

grande número de estímulos, provocados não só pelas equipas da UCIN mas também pelos

equipamentos que os rodeiam.

Estudos demonstram que na adaptação à vida extrauterina alguns dos órgãos dos RN pré-

termo passam por um processo acelerado de maturação com sobrecarga do sistema orgânico.

Nesta fase crítica do desenvolvimento a exposição a estímulos inapropriados deve ser

controlada pois pode romper o padrão normal do desenvolvimento [2]. Existe assim uma

preocupação em avaliar o impacto que a permanência em UCIN possa ter sobre estes RN.

Uma vez que os estímulos sonoros foram identificados como um factor ambiental importante

que influencia a evolução destes RN vulneráveis ao longo dos anos foram realizados diversos

estudos que abordam esta temática. [1]. Muitos destes estudos debruçaram-se sobre os efeitos

da estimulação auditiva provocada pelos ruídos presentes na UCIN. O ruído nestas unidades é

hoje objecto de grande preocupação pela possibilidade de causar lesão auditiva no RN.

Um estudo demonstrou que a prevalência de perdas auditivas significativas é de 0,1% em

crianças nascidas na população geral mas de 2 a 4% em crianças que passaram pela UCIN

[4]. Um outro estudo situou a prevalência de perda auditiva entre crianças das UCIN em cerca

2 a 5% [5]. Estas perdas provocam atraso do desenvolvimento cognitivo, intelectual e da

linguagem, contribuindo para o insucesso académico e problemas de integração social [1] [6].

As disparidades entre o ambiente abafador do útero e o ambiente da UCIN são extremas [7], e

manter baixos os níveis sonoros da UCIN é uma prioridade [1]. No entanto estudos

demonstram que na maioria dos casos o ruido nestas unidades ultrapassa os 45dB

recomendados [8] [9].

Os ruídos de uma UCIN são inesperados, desregulados e variados, e estes recém-nascidos

são especialmente vulneráveis ao estresse sonoro associado ao ambiente da UCIN, o que

provoca respostas fortes e pouco reguladas como bradicardia [1]. Os problemas auditivos são

outra possível consequência da exposição constante aos ruídos da UCIN; estes podem

2

provocar lesões na cóclea, acarretando perda auditiva e alteração dos parâmetros fisiológicos

[2] [10]. A acrescentar a isto existem suspeitas de que a cóclea do recém-nascido apresenta

uma redução da tolerância ao ruido face à cóclea do adulto o que torna ainda mais urgente

regular e diminuir o ruído a que os recém-nascidos na UCIN estão expostos [3] [8].

Entre os factores de risco associados a perdas auditivas por permanência na UCIN encontra-se

o suporte ventilatório. Um estudo americano realizado a 4478 recém-nascidos da UCIN

verificou que os maiores factores de risco de perda auditiva são medicação ototóxica, baixo

peso à nascença (

3

A avaliação do ruído no interior das incubadoras foi também realizada com este sonómetro.

Foram feitas medições nos 4 modelos de incubadoras existentes nesta UCIN em situação de

não ocupação, ocupação por recém-nascido sem suporte ventilatório, ocupação por recém-

nascido com ventilação mecânica invasiva, e ocupação por recém-nascido em suporte

ventilatório não invasivo – CPAP nasal.

Todas as medições foram efectuadas por períodos de 24 horas, e permitiram quantificar e

qualificar os diferentes ruídos a que estão submetidos os recém-nascidos em todas as

possibilidades de ocupação de incubadora e ventilação.

Para avaliar a integridade das células ciliadas cocleares realizaram-se rastreios auditivos de

Otoemissões Acústicas de Produtos de Distorção – DPOEA [11]. A escolha deste exame

baseou-se em estudos que apoiam e recomendam o uso de DPOAE nas UCINS e em recém-

nascidos [1] [5] [14]. Optou-se por realizar um estudo acompanhado de todos os recém-

nascidos presentes na UCIN, que foram submetidos diariamente a exames de rastreio de OEA

durante o período de internamento. Foram assim avaliados recém-nascidos sem suporte

ventilatório, em suporte ventilatório mecânico e em CPAP nasal. Quando possível foram

recolhidos os exames provenientes da consulta de rastreio auditivo realizada em ambulatório.

Embora as UCIN sejam unidades com forte ruido electromagnético tentou-se realizar exames

de rastreio de potenciais evocados – ABR, com o intuito de rastrear possíveis falsos positivos

resultantes do exame de rastreio de DPOEA. Os rastreios de DPOAE e ABR foram realizados

com o equipamento Abaer and OEA Hearing Screening System da Bio-logic

Para cada recém-nascido foi feito o registo de factores de risco possíveis de influenciar a

acuidade auditiva [15] como infeções durante a gravidez, idade gestacional, peso ao nascer,

índice de Apgar, história de icterícia e sépsis e medicação ototóxica.

No capítulo II é feito um estudo detalhado dos alvos de estudo: recém-nascidos, UCIN,

incubadoras e ventilação. No capítulo III é abordada a metodologia utilizada neste trabalho e no

capítulo IV apresentados e discutidos os resultados. Esses resultados foram trabalhos em

Noise Explorer Type 7815 da Brüel and Kjær e MS Office Excel2007 da Microsoft. Por fim no

capítulo V são apresentadas as conclusões deste estudo.

Este estudo teve como objectivo melhorar a compreensão do eventual impacto negativo, que o

apoio ventilatório, em especial o CPAP nasal, pode ter sobre as células ciliadas cocleares dos

recém-nascidos internados na UCIN. Embora seja extremamente difícil avaliar esse impacto, é

muito importante realizar trabalhos do género, que abram caminho na percepção de possíveis

consequências prejudiciais causadas por tecnologias de apoio à vida. São estes estudos que

permitem que a engenharia biomédica contribua para a evolução e melhoria dos equipamentos

hospitalares.

4

1. Fundamento Teórico

Para compreender os efeitos nefastos da exposição ao ruído é necessário ter conhecimento

dos aspectos anatómicos e fisiológicos da audição. A análise das condições sonoras exige o

conhecimento das características do som, suas classificações e forma de medição, sendo

necessário saber como avaliar corretamente os limites de exposição.

Neste primeiro capítulo pretende-se analisar os conteúdos teóricos relacionados com o

trabalho. Interligar os seus conteúdos e facultar toda a informação necessária à compreensão

do mesmo. Deste modo pretende-se facilitar o entendimento do trabalho por parte de

profissionais das diferentes áreas: médica e engenharia.

São aqui descritos conceitos acústicos associados ao som, ao ruído e à sua medição, assim

como conceitos audiológicos associados à anatomia e fisiologia do ouvido, e à realização de

exames auditivos.

1.1. Acústica

A acústica é o ramo da física que estuda as leis dos sons e dos fenómenos que lhe dizem respeito, e cobre a geração, propagação e recepção do mesmo, pelo Homem, ou por dispositivos e instrumentos de medida.

1.1.1. O Som e os seus parâmetros

O som é a propagação de ondas mecânicas num meio elástico, originadas por vibrações e

oscilações de objectos. Ao propagarem-se as diferenças de pressão dessas ondas atingem

o tímpano dando início ao processo de audição. Neste trabalho iremos apenas considerar a

transmissão de som no ar, uma vez que este é o principal meio de transmissão de som nas

UCIN.

O ar consiste em moléculas – partículas, que estão em movimento aleatório constante.

Quando um objecto vibra no ar as partículas que o compõem tendem a deslocar-se na

mesma direcção em que o objecto vibra e não aleatoriamente. As partículas mais próximas

do objecto deslocam-se primeiro, transmitindo esse movimento às partículas adjacentes,

estas por sua vez transmitem a perturbação às suas partículas vizinhas e assim

sucessivamente. Esta progressão faz com que a perturbação chegue ao ouvido onde

provoca a vibração do tímpano, o que resulta na experiência de ouvir um som audível.

À medida que o objecto vibra a pressão de ar aumenta acima da pressão estática do ar,

para posteriormente decrescer e logo em seguida aumentar de novo. Temos assim áreas de

compressão a alternar com áreas de rarefacção, provocando uma onda que se desloca

através dos espaços afastando-se do objecto vibrante.

5

Figura 1 – Correspondência entre a pressão do ar e a onda sonora

A onda sonora propaga-se para longe do objecto vibrante de um modo circular se

analisarmos este fenómeno a 2 dimensões, e de um modo esférico se analisarmos a 3

dimensões. À medida que a onda se afasta do objecto, a densidade e a pressão vão

diminuindo até serem iguais à pressão de fundo – pressão estática do ar. A partir deste

ponto nenhuma onda sonora é propagada. Mais à frente encontra-se descrita a relação

entre intensidade sonora e distância à fonte.

Parâmetros característicos do som

Comprimento de onda – λ, é a distância entre condensações ou rarefacções sucessivas. É

expressa em unidades de distância, geralmente metros, e pode igualmente ser medida

entre dois pontos semelhantes sucessivos.

Frequência – f, é o número de repetições que acontece num ciclo, e a sua unidade é o Hz,

(1Hz = 1s-1). Ao seu inverso chama-se período – T, parâmetro que traduz a duração de um

ciclo completo e que vem expresso em segundos.

Quanto maior a frequência de um som, menor a duração entre condensações ou

rarefacções e portanto menor o comprimento de onda.

A velocidade de propagação da onda no meio – c, é expressa em m.s-1 e é

proporcionalmente directa ao comprimento de onda, e proporcionalmente inversa à

frequência. Estes três parâmetros relacionam-se segundo a seguinte equação:

λ=c

f , onde: λ – comprimento de onda [m]

c – velocidade do som [m.s-1]

f – frequência [Hz]

6

A velocidade do som no ar é de aproximadamente 350m.s-1, e este valor varia com a

humidade, temperatura e densidade do ar. A velocidade é maior numa área quente e

húmida ao nível do mar, do que numa área fria e seca acima do nível do mar.

A fase inicial – φ, indica a posição inicial de uma onda e é útil na comparação entre ondas.

Som puro vs. Som complexo

As vibrações básicas do som podem ser descritas por sinusoidais. As ondas sonoras

constituídas por uma só sinusoidal são chamadas de ondas simples e dão origem a sons

puros. As ondas sonoras constituídas pela soma de várias sinusoidais são chamadas de

ondas complexas e dão origem a sons complexos. A maioria dos sons com que nos

deparamos no dia-a-dia é complexa. Os sons puros têm um papel importante em medicina,

nomeadamente no rastreio e diagnóstico de problemas auditivos.

A descrição de uma onda no domínio temporal relaciona a amplitude (ou pressão)

instantânea da onda com o tempo. Para desenhamos o gráfico de uma onda complexa no

domínio do tempo recorre-se a uma aplicação gráfica do teorema de Fourier.

A descrição de uma onda domínio das frequências descreve a onda em termos das suas

frequências. Para derivar espectro de uma onda no domínio das frequências a partir do

domínio temporal utiliza-se a análise de Fourier.

O gráfico da amplitude de cada componente sinusoidal em função da sua frequência é

chamado de espectro de amplitude e o gráfico de fase inicial de cada componente

sinusoidal é chamado o espectro de fase. Uma onda complexa está definida quando os

seus espectros de amplitude e fase estão descritos. Na Figura 2 encontra-se um exemplo

de um espectro de amplitude

Figura 2 - Exemplo de um espectro de amplitude

7

Um espectro de linha traduz um som complexo constituído por um número discreto de

componentes sinusoidais, ao passo que um espectro contínuo traduz um som complexo

constituído por todas as suas componentes sinusoidais.

É comum os espectros de linha serem constituídos por uma frequência fundamental e

múltiplos inteiros dessa frequência – frequências harmónicas. A combinação destas

frequências produz sons complexos.

1.1.2. Níveis sonoros e o decibel

A pressão sonora instantânea – p(t), de um objecto vibrante sobre uma dada área é

traduzida pela seguinte expressão:

p(t) = Massa.Velocidade

Tempo. Área

Outro modo de definir essa pressão é através da força, sendo:

p(t) = Força

Área , pois F =

massa. velocidade

tempo

A pressão sonora é equivalente à força exercida pelo objecto por unidade de área, o que

significa que o objecto realiza trabalho. Pode-se então definir intensidade e potência sonora.

A potência sonora – P, é a quantidade de energia emitida pela fonte sonora por unidade de

tempo e tem como unidade o Watt.

A intensidade sonora – I, é o fluxo de energia por unidade de área. É medido em W.m-2 e

apresenta a seguinte relação com a potência:

I = P4rπ�

A intensidade do som decresce com o aumento da distância à fonte, sendo inversamente

proporcional ao quadrado da distância do ouvinte à fonte:

I ∝ 1R�

ou seja, duplicar a distância do ponto onde medimos à fonte, reduz a intensidade sonora

para ¼ do valor medido inicialmente.

8

A relação entre intensidade e pressão sonora é descrita pela seguinte expressão:

I = ��

ρ.c , onde: I – intensidade sonora [W.m-2]

p – pressão sonora [Pa=N.m-2]

ρ – densidade do meio [kg.m-3]

c – velocidade do som [m.s-1]

A intensidade, pressão e potência sonora, vão ter valores numéricos diferentes, mas as

suas relações não afectam a descrição básica da sinusoidal de vibração do objecto. Um

objecto que vibra com uma frequência de 200Hz pode ter uma pressão de 100µPa ou uma

potência sonora de 10-12W.cm-2, mas a sua frequência mantém-se 200Hz

Se as leituras de pressão sonora forem realizadas em unidades comuns de pressão o

intervalo de resultados obtido é muito grande e constituído por valores muito pequenos. Por

outro lado, estudos realizados ao ouvido humano mostraram que o intervalo dinâmico

(intervalo entre o menor valor de intensidade sonora necessário à detecção de som e o

maior valor de intensidade sonora no limiar de danificar o ouvido) do sistema auditivo é

constituído por 1014 unidades e que as razões entre pressões sonoras são mais

aproximadas à percepção humana do som, do que a percepção das diferenças de pressão.

Posto isto optou-se por converter a escala de intervalos de pressão (escala linear) para uma

escala de razões (escala logarítmica), utilizando-se o decibel como medida sonora.

As equações em decibéis para intensidade, potência e energia são respectivamente:

10 log �I�I�� = 10 log �P�

P�� = 10 log �E�

E��

E como I =��

ρ.� , a equação em decibéis para pressão sonora é:

10 log �I�I�� = 10 log�p��

p��� = 20log(p�p�)

ou seja o decibel é 10 vezes o logaritmo da razão entre duas intensidades, duas potências

ou duas energias e 20 vezes o logaritmo da razão entre duas pressões. Trata-se de uma

medida relativa que indica a quantos decibéis um som está relativamente a um valor de

referência.

9

Os medidores de pressão sonora medem o nível de pressão – p1, e comparam-no com esse

valor de referência – p2. Regra geral a pressão de referência escolhida é 20µPa, valor que

corresponde ao som mais baixo que o ouvido humano consegue detectar – valor limiar

auditivo. Deste modo obtém-se o nível de pressão sonora – SPL:

SPL = 20log( p�20 × 10��

)

Em suma o SPL – Sound Pressure Level, expressa quantos decibéis a pressão medida se

encontra acima do limiar auditivo. Neste trabalho iremos apenas trabalhar com este nível de

pressão sonora.

Uma outra convenção, bastante usada em medicina, calcula o nível de sensação – SL, que

utiliza como valor de referência o valor mínimo que a pessoa em estudo consegue detectar

numa situação experimental particular.

Para calcular o nível de intensidade sonora – SIL, usamos como intensidade sonora de

referência o valor 10-12W.m-2. E para calcular o nível de potência sonora – SPL, usamos

como potência sonora de referência o valor 10-12W.

Sendo a pressão sonora inversamente proporcional ao quadrado da distância – r, utilizando

as definições de SPL e SIL verifica-se que, ao duplicar a distância do ponto de medição à

fonte, os níveis sonoros decrescem 6 dB.

A Figura 3 permite de um modo simples comprender a vantagem de trabalhar numa escala

em decibeis comparativamete a trabalhar numa escala em pascais.

Figura 3 - Exemplos de escala linear e escala logarítmica

10

Adição de níveis sonoros

Como em situações reais estamos sujeitos a sons provenientes de diversas fontes, é muitas

vezes importante calcular o nível sonoro num ponto onde existe a contribuição de duas ou

mais fontes. Uma vez que os níveis de pressão sonora são definidos numa escala

logarítmica, estes não se podem simplesmente somar.

Nos casos em que duas fontes irradiam a mesma quantidade de energia a intensidade

sonora medida num ponto equidistante às duas fontes será o dobro da intensidade medida

pela contribuição de uma fonte. Já a pressão sonora sofrerá um aumento de 3dB uma vez

que a intensidade é proporcional ao quadrado da pressão (de 2√2 ≈ 3 dB).

No caso de as fontes irradiarem quantidades diferentes de energia é necessário recorrer ao

gráfico da Figura 4 para calcular a pressão sonora no ponto em questão.

Figura 4 - Correcções para soma de fontes sonoras

O primeiro passo será calcular a diferença de nível de pressão entre as duas fontes – ∆SPL.

Em seguida retirar do gráfico o valor de pressão correspondente a essa diferença – L+, e por

fim somar esse valor ao valor da fonte com maior nível de pressão.

Nos casos em que há contribuição de mais de duas fontes com níveis de pressão

diferentes, fazem-se combinações de fontes duas a duas em passo sucessivos.

Observando o gráfico da Figura 4 verifica-se que para uma diferença ∆SPL=0, ou seja para

fontes com o mesmo nível de pressão sonora, corresponde uma adição de 3dB, tal como

indicado anteriormente. Para diferenças de pressão sonora superiores a 10dB a

contribuição da fonte de menor valor é desprezável.

11

Subtracção de níveis sonoros

A subtracção de níveis sonoros é útil nos casos em que se pretende estudar a emissão de

som de um equipamento na presença de ruído de fundo. Para tal é necessário medir-se o

ruído total – contribuição do equipamento e ruído de fundo, desligar o equipamento e medir-

se o ruído de fundo. Posteriormente calcula-se a diferença dessas duas pressões – ∆SPL, e

com ajuda do gráfico da Figura 5 consegue facilmente determinar-se a pressão sonora

exclusiva ao equipamento.

Figura 5 - Correcções para subtracção de fontes sonoras

Neste caso utiliza-se a diferença de nível de pressão calculada para se retirar do gráfico o

valor de pressão correspondente a essa diferença – L-. Posteriormente subtrai-se esse valor

à medição do ruído total.

1.1.3. Filtros e Frequências

A frequência é, a par com os níveis de pressão sonora, um parâmetro muito importante na

caracterização do som. Um som é composto por várias frequências que permitem

diferenciar e identificar as suas fontes. Um som que contenha predominantemente

frequências baixas é considerado grave, ao passo que um som que contenha mais

frequências altas é considerado agudo.

Quando se trabalha com frequências sonoras é importante não confundir os conceitos de

altura e intensidade. Altura é referente à frequência de um som, ao passo que intensidade é

referente à amplitude. Um “aumento de volume” comum no dia-a-dia corresponde a um

aumento da intensidade do som e não da sua altura.

Outro conceito associado às frequências é o timbre. Timbre é o conjunto de frequências

combinadas de um som. Constitui portanto o espectro sonoro e é o que torna possível ao

ouvido distinguir sons com a mesma frequência e amplitude mas emitidos por fontes

diferentes

12

Filtros

Ao medir um som o microfone capta toda a energia acústica sem ter em consideração as

frequências que o compõem. Um filtro permite analisar as frequências de um som, uma vez

que vai permitir apenas a passagem de determinadas bandas de frequência. Dois dos filtros

mais usados em acústica, particularmente em estudos de ruído, são o filtro de bandas de

oitava e o filtro de bandas de 1/3 de oitava.

Uma oitava é o intervalo (banda) existente entre dois sons puros e a razão entre as suas

frequências é 2:1. Trata-se de uma banda cuja frequência limite superior – f2, é o dobro da

frequência limite inferior – f1, e a sua expressão matemática é dada por:

����

= 2, onde: f2 – frequência do limite superior do intervalo da oitava [Hz] f1 – frequência do limite inferior do intervalo da oitava [Hz]

n – número de oitavas

A frequência central é � = �2f�. E a largura de banda é aproximadamente 70% da frequência central – f0.

O filtro de banda 1/3 de oitava é utilizado quando é necessária uma análise mais rigorosa do

ruído no domínio das frequências. Cada banda de oitava contem 3 bandas de 1/3 de oitava,

e nestas bandas a frequência limite superior – f2 é tal que f� = �2f�� . A largura de banda nestes filtros é aproximadamente 23% da frequência central – f0.

Na Tabela 1 encontram-se as frequências centrais definidas na normalização internacional

das bandas de oitava e de 1/3 de oitava.

Tabela 1 - Frequências centrais das bandas de oitava e 1/3 de oitava

A gama do audível (de 20Hz a 20kHz) está dividida em 10 bandas de oitava e 30 bandas de

1/3 de oitava. As frequências centrais e frequências limite superior e inferior estão

normalizadas internacionalmente e os respectivos valores encontram-se a sombreado na

Tabela 2.

13

Tabela 2 - Bandas de oitava e 1/3 de oitava

Na Figura 6 encontra-se um sinal analisado em banda fina, em banda de 1/3 de oitava e em

banda de oitava. Observa-se que a soma de três bandas de 1/3 de oitava é igual ao valor da

banda de oitava correspondente.

14

Figura 6 - Comparação de banda fina, de 1 oitava e de 1/3 de oitava

Quando se realizam medições sonoras, o microfone em uso capta todas as pressões com

igual sensibilidade. O mesmo não acontece com o ouvido, que capta as pressões e as

interpreta atribuindo-lhes diferentes importâncias consoante as suas frequências sejam

graves, médias ou agudas. A resposta do ouvido em frequência não é linear.

De modo a relacionar os valores de pressão medidos pelo microfone com a resposta não

linear do ouvido, foram introduzidos nos sonómetros filtros de ponderação. Estes filtros têm

por base curvas de ponderação que atenuam o sinal sonoro. O cálculo dessas curvas é

baseado em curvas de igual sensação sonora para o ouvido humano – curvas isofónicas.

As ponderações mais usuais são as A, B e C cujas frequências de resposta se encontram

no gráfico da Figura 7.

Figura 7 - Frequências de resposta das ponderações A, B e C

15

A curva A segue a curva isofónica de 40 dB, a curva B segue a curva isofónica de 70dB e a

curva C segue a curva isofónica de 100dB. Na Tabela 3 encontram-se as ponderações

introduzidas por estes filtros em função das frequências do som medido.

Tabela 3 - Valores das Ponderações A, B e C

Uma vez que a sensibilidade do ouvido varia com a intensidade do som, a selecção dos

filtros de ponderação a usar, é feita com base nos níveis de pressão sonora que se querem

medir. Regra geral é utilizado o seguinte critério:

− Ponderação A: Intervalos de medição entre os 20 e os 55dB

− Ponderação B: Intervalos de medição entre os 55 e os 85dB

− Ponderação C: Intervalos de medição entre os 85 e os 140dB

Diferentes filtros de ponderação conduzem a diferentes valores de níveis sonoros. Para

distinguir e identificar que filtro foi utilizado na medição, é comum usar-se a seguinte

nomenclatura: dB(A), dB(B) e dB(C).

16

Existe outro filtro de ponderação – filtro D, que é utilizada quando se medem gamas de

frequências entre os 1kHz e os 10kHz. Este filtro é normalmente utilizado em medições

associadas a ruído de tráfego aéreo.

1.1.4. O ruído

As ondas sonoras classificam-se em três tipos:

− Sinusoidal pura: tem a frequência e a amplitude bem definidas

− Não sinusoidal periódica: tem a frequência bem definida mas a amplitude não

− Ruído: não tem frequência definida, estatisticamente trata-se de uma mistura de

sons que cobre uma gama do espectro de frequências

O ruído é o som cuja amplitude instantânea varia ao longo do tempo de um modo aleatório

e que contem frequências de toda a gama do espectro. Existem diversos tipos de ruído tais

como ruído Gaussiano, ruído branco, ruído Browniano e ruído Rosa.

Ruído Gaussiano é aquele cuja probabilidade de ocorrência segue uma distribuição

Gaussiana (também conhecida por distribuição normal). Esta distribuição tem uma média de

amplitude igual a zero, e quanto maior ou menor é a sua amplitude menor é a probabilidade

de ocorrência num dado momento.

Ruído branco é aquele cuja média de intensidade ou potência é igual em todas as

frequências da largura de banda em questão. Apresenta portanto um espectro de potência

contínuo, sempre igual em toda a sua largura de banda. É dominante a altas frequências.

Ruído rosa é também conhecido por ruído 1/f, uma vez que a densidade espectral de

potência é inversamente proporcional à frequência. Este ruído decai 3 dB por oitava, e em

altas frequências nunca se torna dominante como o branco.

Ruído Browniano é produzido pelo movimento que lhe dá nome e tem uma densidade

espectral de 1/f2, tem portanto mais energia nas baixas frequências do que o ruído rosa.

Este ruído decai 6 dB por oitava

Existem diversas fontes de ruído que podem ser classificadas como:

− Determinísticas: repetem-se periodicamente no tempo e o espectro de frequências

contem tons puros. Um exemplo é o ruído provocado por máquinas.

− Aleatórias: variam de forma aleatória e nunca se repetem no tempo, o seu

espectro contêm diversas frequências. Um exemplo é o ruído do vento ou do bater

da chuva.

− Impulsivas: são de curta duração, o nível de pressão sonora é relativamente

elevado e o seu espectro contem diversas frequências. Um exemplo é o ruído

provocado por um disparo de pistola.

17

Quando o intuito é realizar estudos de ruído e tentar perceber o seu impacto no ouvido,

fazem-se medições de longa duração temporal durante os quais a pressão sonora varia.

Nestes casos, em que a pressão é variável relativamente ao tempo, define-se o nível de

pressão sonora média com base na média do quadrado da pressão.

p��� =

1

T p�t�dt�

O nível de pressão sonora – SPL é então:

〈SPL〉 = 10log �p���p���� �

Ruído equivalente – Leq, é o valor médio obtido quando o nível de pressão sonora – SPL é

calculado com base na curva de ponderação A. Ou seja, o ruído equivalente tem em conta a

resposta em frequência do ouvido humano.

L�� = 10log ���10��� �� T�T�� , ondeT�éointervalodamediçãodosvaloresdeSPL.

Ruído máximo – Lmax, e ruído mínimo – Lmin, são respectivamente o nível máximo e mínimo

de pressão sonora medido com base na curva de ponderação A.

Lep,d é o nível de exposição diária a que um trabalhador está sujeito durante um dia de

trabalho. São consideradas 8 horas de trabalho diário e calcula-se este valor através da

seguinte equação:

L��,� = 10log ���10��� �� T�T

�� ,ondeT = 8horas

Existem decretos-leis e normas que regulam as exposições sonoras na indústria e na

comunidade. Na Tabela 4 encontram-se os riscos de danos auditivos para alguns valores de

Leq.

Lep,d [dBA] Risco Nível

80 Nulo Segurança

85 Reduzido Alerta

90 Considerável Alarme

115 Elevado Crítico

Tabela 4 - Classificação dos níveis de exposição diária

18

Muitas vezes pretende-se saber durante quando tempo o nível de pressão sonora – SPL, se

manteve superior a um determinado valor. Para tal definem-se aa quantidades Lx que

indicam o valor de nível de SPL excedido durante x por cento do tempo. As quantidades

mais usuais são as L10, L50 e L90, que nos dão os níveis SPL excedidos durante 10%, 50% e

90% do tempo de medição.

Aparelhos de medição

Existem diversos aparelhos de medição e análise sonora. Cada um tem uma aplicação

específica e os mais comuns são: o sonómetro, o dosímetro e o analisador de frequências.

O sonómetro regista o nível de pressão sonora, ou a intensidade sonora, em decibéis.

O dosímetro acumula os sinais dos ruídos num condensador tornando possível a análise

das médias e picos sonoros provenientes da fonte.

O analisador de frequências indica a distribuição do som em frequência.

Contem os filtros de ponderação acima referidos e conta ainda com um circuito de resposta

rápida, resposta lenta ou impulsos.

Neste trabalho é utilizado um sonómetro para efectuar medições dos níveis de pressão

sonora. Os sonómetros contêm os filtros de ponderação A, B e C para que possam

responder ao som de forma semelhante ao ouvido humano. É constituído por cinco blocos:

− Microfone: que converte as variações de pressão sonoras em sinais eléctricos

equivalentes

− Pré-amplificador: que amplifica o sinal eléctrico proveniente do microfone

− Detector: que converte o sinal AC (corrente alternada) em DC (corrente contínua)

− Circuito de tempo de resposta: que determina a rapidez co quem o sonómetro

acompanha as variações dos níveis sonoros

− Dispositivo indicador: que permite a leitura dos valores medidos

O sinal proveniente do microfone, após passar pelo pré-amplificador é convertido, no

detector, num nível que pode representar um dos parâmetros da onda sonora. Estes

parâmetros podem ser obtidos com recurso ao software do sonómetro.

Figura 8 - Exemplos de sonómetros

19

Os circuitos de tempo de resposta existem pois as flutuações podem dar origem a

dificuldades na leitura dos valores medidos devido à rapidez das variações. Os “tempos de

resposta” mas utilizados são designados por Slow (S), Fast (F) e Impulse (I) e traduzem o

modo como o parelho acompanha as flutuações do sinal medido. A duração normalizada de

subida e descida para as contantes S, F e I assim como o tipo de ruído a que são

aconselhados encontram-se indicados na Tabela 5.

Resposta Tempo de Subida Tempo de Descida Tipo de Ruído

Slow – S 1s 1s Determinístico

Fast – F 125ms 125ms Aleatório

Impulse – I 35ms 1s Impulsivo

Tabela 5 - Parâmetros dos "tempos de resposta"

Se não existirem indicações quando à escolha dos circuitos de tempos de resposta devem-

se seguir as seguintes regras:

− Utilizar Slow ou Fast sempre que o ruído não tenha carácter impulsivo

− Começar por medir em Fast e se a variação de leitura atingir os 5dB mudar para

Slow

− Utilizar Impulse sempre que o ruído tenha carácter impulsivo (impulsos de curta

duração)

1.1.5. Psicoacústica

A psicoacústica estuda a percepção do ouvido humano ao som. Este ramo da acústica

ocupa-se das respostas psicológicas e fisiológicas que o ser humano tem ao som.

O som mais baixo que o ouvido humano consegue detectar é designado limiar auditivo e

corresponde a uma pressão de 20µPa. O som mais alto, a ponto de provocar dor, é

designado limiar da dor e corresponde a um valor de pressão de 100Pa.

Em termos de frequências o ser humano consegue detectar sons compreendidos entre os

20Hz e 20kHz, intervalo denominado gama audível. Uma vez que a gama de frequências do

som varia entre 1Hz até várias centenas de kHz, frequências abaixo dos 20Hz são

denominadas infrasons, e as acima dos 20kHz de ultrasons. Embora seja habitual

desprezar estas frequências em estudos de ruído, pensa-se que a exposição a níveis

elevados destas frequências possa ter um efeito nocivo no Homem.

O decibel resolve o problema das medidas de intensidade e pressão, mas não corresponde

de forma fiel à sensação auditiva do ouvido humano. Como referido anteriormente, a

selectividade do ouvido, em particular no que toca às frequências, não é simples e a

percepção que temos do som não corresponde fielmente aos fenómenos físicos que lhe dão

origem.

20

A sensibilidade do ouvido não é a mesma para toda a gama audível. O ouvido transforma as

pressões sonoras em pressões auditivas mas a sua sensibilidade tem limitações, as

frequências nem sempre são interpretadas do mesmo modo e sons com o mesmo nível de

intensidade mas frequências diferentes podem não ser percebidos como igualmente

intensos. Para estudar a resposta subjectiva do ouvido, utilizam-se curvas isofónicas cuja

unidade de medida é o fone. As curvas isofónicas são curvas que têm igual sensação

sonora para o ouvido humano. Na Figura 9 pode observar-se as curvas isofónicas

compreendidas no intervalo dinâmico do sistema auditivo.

Figura 9 - Curvas isofónicas

Observando o gráfico conclui-se que, por exemplo, 70 fones corresponde a que o ouvinte

experiencie uma sensação auditiva de 60dB a 4kHz, mas também uma sensação de 80 dB

a 63Hz. O que as curvas isofónicas nos indicam é o nível de pressão sonora que é

necessários fornecer para que o ouvinte tenha uma dada sensação a determinada

frequência.

É de notar que à medida que aumenta o nível de pressão sonora as curvas são mais

planas. O que significa que a dependência da frequência vai diminuído à medida que

aumenta os níveis de pressão sonora. É por isso que em níveis de intensidade sonora mais

baixos os últimos sons a serem perceptíveis são os sons a altas frequências – agudos.

As curvas isofónicas são muito utilizadas em audiometria pois permitem relacionar o quão

bem o paciente ouve em função da pressão e frequência.

1.2. Audiologia

Audiologia é o ramo da ciência que se ocupa do estudo da audição, equilíbri

da prevenção, identificação, avaliação e consequente reabilitação/habilitação

com patologias auditiva através da adaptação de aparelhos auditivos e/implantes cocleares.

Um dos papéis de um audiologista é

intervalo dinâmico saudável, e nos casos em que não ouve compreender que estruturas do

aparelho auditivo estão afectadas e em que extensão. Para tal os audiologistas

de diversos testes e exames

1.2.1. Anatomia e fisiologia

A cabeça é composta por uma série de compartimentos formados por osso e tecidos moles.

Eles são:

− A cavidade craniana

− Os ouvidos

− As órbitas

− As cavidades nasais

− A cavidade oral

Dada a natureza do trabalho serão

ouvidos. Na Figura 10

compartimentos descritos anteriorment

Figura

Audiologia é o ramo da ciência que se ocupa do estudo da audição, equilíbri

prevenção, identificação, avaliação e consequente reabilitação/habilitação

através da adaptação de aparelhos auditivos e/implantes cocleares.

de um audiologista é determinar se um dado paciente ouve dentr

intervalo dinâmico saudável, e nos casos em que não ouve compreender que estruturas do

aparelho auditivo estão afectadas e em que extensão. Para tal os audiologistas

de diversos testes e exames alguns dos quais serão utilizados neste estudo.

e fisiologia da audição

A cabeça é composta por uma série de compartimentos formados por osso e tecidos moles.

A cavidade craniana

As cavidades nasais

atureza do trabalho serão apresentados os aspectos da anatomia

podemos observar a cabeça assim como a localização dos

compartimentos descritos anteriormente.

Figura 10 - A cabeça e as suas estruturas

21

Audiologia é o ramo da ciência que se ocupa do estudo da audição, equilíbrio, assim como

prevenção, identificação, avaliação e consequente reabilitação/habilitação de pessoas

através da adaptação de aparelhos auditivos e/implantes cocleares.

nte ouve dentro do

intervalo dinâmico saudável, e nos casos em que não ouve compreender que estruturas do

aparelho auditivo estão afectadas e em que extensão. Para tal os audiologistas fazem uso

neste estudo.

A cabeça é composta por uma série de compartimentos formados por osso e tecidos moles.

atomia e fisiologia dos

podemos observar a cabeça assim como a localização dos

22

O ouvido é o órgão responsável pela audição e pelo equilíbrio. É constituído por três

porções, ouvido externo, ouvido médio e ouvido interno, que podemos observar na Figura

11. No entanto para o processo auditivo ser completo é necessário fazer-se o transporte das

sensações auditivas desde o ouvido interno até ao córtex cerebral, local onde estas são

analisadas e interpretadas. Será então também descrita a estrutura que desempenha um

papel fundamental nesse transporte, o nervo estato-acústico ou nervo VIII par craniano.

Esse transporte é realizado por meio de duas vias, a via eferente e a via aferente.

O sentido auditivo humano é um sistema complexo que consegue captar e compreender

ondas sonoras contidas no intervalo de 20Hz a 20kHz, com uma resolução de 0,2%, o que

significa que o ouvido humano consegue discernir entre dois tons de frequências 1000Hz e

1002Hz.

Figura 11 - As três porções do ouvido

O ouvido externo é constituído pelo pavilhão auricular e pelo canal auditivo externo, e

comunica com o ouvido médio pela membrana timpânica. Esta porção do ouvido está em

contacto com o meio ambiente e permite a captação e amplificação dos sons.

O ouvido médio é formado pela caixa do tímpano, delimitada por seis paredes, e três

ossículos: o martelo, a bigorna e o estribo. Estes três ossículos encontram-se articulados

entre si e ligados às paredes da caixa do tímpano através de ligamentos e dos músculos do

martelo e do estribo. Esta porção do ouvido transfere eficientemente essa energia sonora

para o líquido existente no ouvido interno.

23

O ouvido interno é constituído por diversas cavidades que formam o labirinto ósseo no

interior do qual existe o labirinto membranoso. O labirinto ósseo é constituído por três

porções: uma média contendo o vestíbulo, uma posterior contendo os canais semicirculares

e uma anterior, contendo a cóclea e o canal auditivo interno. O labirinto membranoso é

constituído por partes moles pertencentes às três cavidades do labirinto ósseo. São elas

uma porção média – o vestíbulo membranoso, uma porção posterior – os canais

semicirculares membranosos e uma porção anterior – a cóclea membranosa ou canal

coclear. Esta porção interna do ouvido converte o sinal mecânico recebido em sinal eléctrico

sobre a forma de impulsos que envia para o cérebro para serem interpretados. A porção

posterior do ouvido interno é responsável pela manutenção do equilíbrio.

Ouvido externo

É a parte mais externa do ouvido, que se consegue observar a olho nu, e encontra-se

situado entre a parte lateral da cabeça e a membrana timpânica.

É constituído por dois segmentos, uma parte que é projectada do lado da cabeça – o

pavilhão auricular, e um canal que se dirige para o interior da cabeça – o canal auditivo

externo.

Figura 12- Ouvido externo

Pavilhão auricular

O pavilhão auricular situa-se na parte lateral da cabeça e intervém no processo de captura

do som. Consiste em cartilagem coberta por pele e apresenta um padrão de variadas

elevações e depressões único em cada individuo. Na Figura 12 podemos observar essas

elevações e depressões. O lóbulo da orelha é a única porção que não contém cartilagem.

24

Canal auditivo externo

O canal auditivo externo estende-se da parte mais profunda da concha do pavilhão auricular

até à membrana do tímpano, o seu comprimento é de aproximadamente 2.5cm e as suas

paredes são constituídas por cartilagem e osso. Em toda a sua extensão o canal é coberto

por pele, algumas porções contêm pelos e glândulas que produzem cerúmen (vulgo cera).

O seu diâmetro é variável, sendo maior na zona lateral. O canal auditivo externo não tem

um percurso direito, ele dirige-se obliquamente para dentro, para diante e para baixo

descrevendo uma curva cuja concavidade olha para baixo e para trás. Posto isto, quando se

pretende observar o canal e a membrana timpânica, é útil mover a orelha e/ou o lóbulo em

várias direcções até se conseguir obter um bom ângulo de observação.

As ondas sonoras presentes no campo livre aéreo atingem o ouvido externo onde captadas

pelo pavilhão auricular. Este actua como um funil direcionando as ondas para dentro do

canal auditivo onde se propagam até atingirem a membrana timpânica provocando a

vibração da mesma. O canal auditivo serve ainda de caixa de ressonância amplificando o

som captado.

Membrana timpânica

A membrana timpânica separa o canal auditivo externo do ouvido médio. Trata-se de uma

membrana fina, transparente e regularmente circular. E é constituída por tecido conjuntivo

com pele na face exterior e membrana mucosa na face interior. No embrião a membrana

encontra-se em posição horizontal, no feto forma um ângulo aberto de 30º com o plano

horizontal e no adulto um ângulo de 45º. Está fixa à porção timpânica do osso temporal

através de anel fibrocartilaginoso. Observando a membrana timpânica com um otoscópio,

verifica-se que a sua cor é acinzentada, e que é escavada em forma de funil apresentando

uma depressão central denominada de umbo da membrana timpânica. Esta depressão é

provocada pela sua ligação a um ossículo do ouvido interno – o martelo. Partindo para cima

e para diante do umbo observa-se uma porção desse osso, o cabo do martelo. E partindo

para baixo e para diante observa-se um cone de luz resultante da reflexão da luz incidente

na membrana. A este cone de luz chama-se triângulo luminoso de Politzer. Na

Figura 13 encontra-se uma representação esquemática da membrana timpânica, e uma

fotografia da membrana obtida por otoscopia.

Figura 13 - Membrana Timpânica

25

Ouvido médio

O ouvido médio é uma cavidade no osso temporal constituída pela caixa do tímpano e

situada entre a membrana timpânica e a parede lateral do ouvido interno. A sua função

é transmitir as vibrações da membrana timpânica até ao ouvido interno. Para tal conta

com a ajuda de uma cadeia de três ossículos que se encontram ligados mas com

mobilidade e que preenchem o ouvido médio. Esses ossículos são (de fora para

dentro) o martelo, que se encontra ligado à membrana timpânica, a bigorna e o estribo

que se encontra ligado à janela oval. Na

Figura 14 encontra-se uma imagem do ouvido médio e destes três ossículos.

Figura 14 - Ouvido médio

Existem duas estruturas, muito importantes, associadas às paredes caixa do tímpano, são

elas a janela oval e a janela redonda. A janela oval encontra-se atrás e por cima do

promontório e é encerrada pela platina do estribo. A janela redonda encontra-se atrás e por

baixo do promontório e faz comunicar a caixa do tímpano com a rampa timpânica da cóclea.

Mastóide e Trompa de Eustáquio

A cavidade da mastóide é uma colecção de espaços com ar (células mastoideias) que

comunicam entre si e com uma cavidade denominada antro mastoideu. O antro está ligado

ao ouvido médio através do canal tímpano-mastoideu. E toda esta estrutura pertence ao

osso temporal. A trampo de Eustáquio trata-se de um tubo que liga o ouvido médio à faringe

26

e equilibra a pressão em ambos os lados da membrana timpânica. Está ligado à parede

anterior do ouvido médio.

Devido à ligação entre a membrana timpânica e o ossículo martelo, a vibração desta

membrana movimento à cadeia de ossículos existente no ouvido médio. Esse movimento,

resultante da pressão sonora, propaga-se terminando no último ossículo da cadeia, o

estribo cujo movimento produz um sinal de pressão sonora na cóclea.

Os três ossículos movem-se como uma unidade, amplificando a energia ao mesmo tempo

que a transmitem da membrana timpânica para a janela oval. O aumento de energia

consequente deste movimento é de um factor de 1,31 para 1. A energia sonora também é

aumentada pela diferença de área entre a membrana timpânica e a base do estribo por um

factor de 14 para 1. Multiplicando estes dois factores obtém-se um valor de 18,4 que traduz

o aumento total de energia sonora provocado pela cadeia de ossículos. O que se traduz

num factor de amplificação de 25,5dB na escala SPL.

Os músculos do estribo e do martelo contraem-se em resposta aos sons altos. Esta

contração do músculo estapédiuo resulta num aumento da rigidez da cadeia ossicular e

consequente redução da energia transmitida através da janela oval. A transmissão de som

para o ouvido interno é então reduzida de modo a proteger as estruturas sensíveis da

cóclea. Este fenómeno é denominado reflexo acústico e permite reduzir o som em cerca de

20 a 30dB. Ocorre essencialmente a baixas frequências, acima de 2000Hz o reflexo

acústico é mais ou menos desprezável.

O ouvido médio actua como um transdutor alterando e amplificado a energia recolhida no

ouvido externo, e transferindo-a para os fluidos da cóclea. Este último passo trata-se um

processo de transformação de impedâncias o que significa que se não existisse ouvido

médio a secção de colecta da janela oval seria menor em cerca de 15 a 30 dB devido á

incompatibilidade entre as impedâncias do ar e do fluido coclear.

Ouvido interno

O ouvido interno situa-se no interior do osso rochedo. É constituído por uma série de

cavidades ósseas, que juntas formam o labirinto ósseo, e no interior do qual existem

cavidades mais pequenas e membranosas cujo conjunto constitui o labirinto membranoso.

As cavidades do labirinto membranoso têm no seu interior um líquido, a endolinfa, e entre

os labirintos membranoso e ósseo existe em outro líquido, a perilinfa. Estas estruturas estão

situadas entre o ouvido médio e o canal auditivo interno. E transmitem informações sobre o

balanço e a audição ao cérebro. Na

Figura 15 podemos observar a esquematização do ouvido interno e suas estruturas.

27

Figura 15 - Ouvido interno

Labirinto ósseo

O labirinto ósseo é constituído por três porções. Uma média da qual faz parte um vestíbulo,

uma posterior que contem três canais semicirculares, e uma anterior onde se encontra a

cóclea e o canal auditivo interno.

O vestíbulo é a parte central do labirinto ósseo, e é constituído por seis paredes. A parede

externa corresponde à caixa do tímpano e é nela que se encontra a janela oval. A parede

interna relaciona-se com o canal auditivo interno. As restantes paredes comunicam com a

cóclea e com os canais semicirculares.

A cóclea situa-se adiante da parede anterior do vestíbulo e apresenta-se como um tubo

contornado em espiral que comunica, atrás e em baixo, com a cavidade do vestíbulo ósseo.

Comunica ainda com a cóclea membranosa (ou canal coclear) como veremos mais à frente.

Labirinto membranoso

O labirinto membranoso é um sistema contínuo de canais e vesículas existente dentro das

três cavidades do labirinto ósseo. É constituído por canais semicirculares membranosos,

vestíbulo membranoso e por a cóclea membranosa ou canal coclear.

O vestíbulo membranoso tem duas vesículas, o utrículo e o sáculo, que se encontram no

vestíbulo ósseo.

Os canais semicirculares membranosos são três e encontram-se no interior dos canais

semicirculares ósseos.

A cóclea membranosa ou canal coclear ocupa uma posição central na cóclea do labirinto

ósseo, passando através do osso temporal para a cavidade craniana, dando origem a uma

28

ligação com o espaço subaracnoideu. É constituído por uma parede inferior, a membrana

basilar, e por uma parede anterior fibrosa, a membrana de Reissner. Sobre a membrana

basilar repousa o órgão da Corti (ou espiral) que contém as células sensoriais auditivas.

O canal coclear é órgão da audição, e os canais semicirculares membranosos, o utrículo e o

sáculo são os órgãos do balanço. O utrículo responde à aceleração vertical e centrífuga, ao

passo que o sáculo à aceleração linear. Os receptores dos canais semicirculares

respondem ao movimento em qualquer direcção com o balanço.

Como referido anteriormente o estribo está acoplado à janela oval, logo quando se move

provoca uma vibração desta janela. Do outro lado da janela encontra-se a cóclea que

contém o aparelho de transdução do ouvido, através do qual a energia sonora é

transformada em actividade eléctrica das células nervosas. Deste modo ao vibrar a janela

oval provoca a movimentação do líquido presente na cóclea, que por sua vez provoca a

vibração da membrana basilar e consequentemente a vibração do órgão da Corti. Este

orgão é formado por milhares de células ciliadas que se encontram na porção apical com

contacto com a membrana tectorial gelatinosa. Cada vez que o líquido presente na

membrana basilar e órgão da Corti se move, gera uma força de cisalhamento na base das

células ciliadas provocando o movimento lateral dos cílios que estão em contacto com a

membrana tectorial. Esse movimento cria uma corrente eléctrica alternada denominada

potencial coclear ou efeito de Wever-Bray. As ondas de compressão são deste modo

transformadas em impulsos nervosos. Na cóclea a energia hidromecânica é transformada

em energia bioelétrica, esta é a quarta mudança do tipo de energia da mensagem sonora.

O nervo coclear nasce na cóclea, ao nível das células auditivas do órgão da Corti. O nervo

vestibular encontra-se dividido em três nervos vestibulares com diferentes origens. São eles

o nervo vestibular superior que tem origem no utrículo, sáculo e em dois canais

semicirculares. O nervo vestibular inferior que tem origem no sáculo. E o nervo vestibular

posterior que tem origem no canal semicircular posterior.

Ao alcançar o fundo do canal auditivo interno estes unem-se e formam um tronco comum, o

nervo estato-acústico ou VIII par craniano. O nervo estato-acústico atravessa o canal

auditivo interno, acompanhado pela artéria auditiva interna. Posteriormente este nervo

encontra os nervos, facial e intermédio de Wristberg, e lado a lado estes três nervos

alcançam a cavidade craniana atravessando-a até penetrarem no tronco cerebral.

Como as células ciliadas estão sinapticamente acopladas às fibras do nervo auditivo o

potencial eléctrico formado na cóclea activa respostas nos neurónios presentes nesses

nervos através de neurotransmissores. Essas respostas, ou impulsos, saem da cóclea por

via das fibras nervos, viajando ao longo do nervo VIII par craniano e restante via auditiva em

direcção ao cérebro. Deste modo o córtex cerebral “ouve” a vibração que atingiu a

membrana timpânica.

29

Figura 16 - Resumo da fisiologia auditiva desde o ouvido externo ao interno

Além da conversão de energia sonora em impulsos eléctricos, a cóclea tem ainda a

importante função de análise de frequências. Esta função permite separar sons complexos

nas suas componentes de frequência. É uma grande vantagem no ser humano pois permite

a compreensão de sons complexos como a fala e a música. O processo pelo qual a cóclea

analisa as frequências é análogo à aplicação da transformada de Fourier referida no

subcapítulo 1.1.1.

Determinadas células ciliadas cocleares respondem a determinadas frequências sonoras,

ou seja, a sensibilidade de uma célula ciliada é alterada com a frequência do som. E o

número de impulsos nervosos produzidos em dada porção da cóclea é determinado pela

intensidade do som nessa frequência. Deste modo tanto a frequência como a amplitude de

um som afectam o número de impulsos nervosos iniciados por uma só célula ciliada coclear

e o número de células que inicia impulsos.

A análise de frequências realizada pela cóclea é essencial para todo o processo que se

segue no cérebro uma vez que os centros auditivos centrais encontram-se organizados por

frequências. E pensa-se que as maiores propriedades da percepção do som incluem a

análise de frequência como um componente fundamental.

Foi visto no capítulo 1.1.2 que existem dois tipos de células ciliadas as externas e as

internas. As células internas são as responsáveis por transmitir a energia sonora sob forma

de energia eléctrica para o nervo auditivo, funcionam como um transdutor, e as células

ciliadas externas são responsáveis por aumentar a sensibilidade auditiva, funcionam como

um amplificador onde cada célula amplifica numa dada frequência. Estas células aumentam

a selectividade de frequência da cóclea e comprimem o seu intervalo dinâmico. Quando as

células ciliadas externas se encontram danificadas a sensibilidade auditiva decresce

aproximadamente 40dB. Na Figura 17 encontra-se uma imagem que descreve este

funcionamento das células ciliadas.

30

Figura 17 - Células ciliadas cocleares

Vias acústicas ou auditivas

O conjunto de formações percorridas pelo influxo nervoso provocado pelos sons constitui as

vias acústicas ou vias auditivas. Como referido anteriormente as sensações auditivas

presentes ao nível da cóclea membranosa no órgão da Corti são transmitidas até ao córtex

cerebral para sua análise e interpretação. Assim sendo as vias auditivas compreendem um

aparelho receptor, uma via de transmissão e um centro de percepção. Consideram-se duas

vias auditivas, a via eferente e a via aferente.

Aparelho receptor

É constituído por células sensórias auditivas presentes no órgão de Corti existente na

cóclea membranosa. Essas células podem ser ciliadas internas ou ciliadas externas.

As células ciliadas internas encontram-se dispostas numa só fila, ao passo que as células

ciliadas externas estão dispostas em três ou quatro filas. Por baixo das células sensoriais

auditivas encontram-se as células de sustentação de Deiters que providenciam suporte. Por

cima delas existe uma membrana tectorial de Corti constituindo uma camada gelatinosa.

Via de transmissão

A via de transmissão é composta por quatro neurónios colocados em fila desde o ouvido

interno até ao córtex cerebral. As dendrites do primeiro neurónio articulam-se com as

células ciliadas e dirigem-se para o fundo do canal auditivo interno onde forma o nervo

coclear. Os três neurónios seguintes estabelecem a ligação até aos neurónios do córtex

cerebral.

31

Centro de percepção

Encontram-se no córtex cerebral e são dois, o centro auditivo primário e o centro auditivo

secundário ou cortical de audição.

Figura 18 - Sistema auditivo do aparelho receptor ao centro de percepção

Vias aferente e eferente

A via aferente é constituída por neurónios cujo corpo celular se encontra no gânglio espiral,

e é responsável pelo transporte da informação eléctrica das células ciliadas para o cérebro.

A via eferente é constituída pelos axónios dos neurónios do cérebro que se estendem até à

cóclea, e é responsável pelo controlo central do processo de transdução efectuado na

cóclea.

Na via aferente existem dois grupos de neurónios denominados tipo I e de tipo II. Os

neurónios de tipo I formam cerca 90 a 95% da população, e inervam as células ciliadas

internas. Cada neurónio inerva apena uma célula e cada célula recebe entre 10 a 20 fibras

do tipo I. A conexão entre as duas é feita através de sinapses standard que permitem a

transmissão dos impulsos eléctricos desde as células ciliadas até às dendrites destes

primeiros neúronios auditivos. Estes neurónios pertencem ao nervo coclear que por sua vez

se junta ao nervo vestibular formando o nervo VIII par craniano. Esta é a principal via de

entrada da informação auditiva no cérebro. Os neurónios de tipo II formam os restantes 5 a

10% da população dos neurónios do gânglio espiral e inervam as células ciliadas externas.

A via eferente vai do cérebro à cóclea e também tem um papel importante na precerpção do

som, embora este ainda não seja totalmente compreendido. As sinapses da via eferente

ocorrem nas células ciliadas externas e em dendrites abaixo das células ciliadas internas.

32

1.2.2. Exames audiológicos

Existem diversas técnicas que permitem avaliar a integridade do aparelho auditivo. Neste

trabalho são utilizadas duas técnicas de avaliação auditivo, os exames de otoemissões

acústicas de produtos de distorção e os exames de potenciais evocados.

O primeiro mede a integridade da cóclea ao passo que o segundo mede a transmissão dos

impulsos eléctricos auditivos ao longo do tronco cerebral.

Otoemissões acústicas

Otoemissões acústicas – OEA, são sons captados no canal auditivo externo, emitidos pelo

ouvido interno espontaneamente ou após estimulação deste por um som teste. São

produzidos pelo movimento das células ciliadas externas da cóclea e podem ser de três

tipos:

− OEA espontâneas

− OEA evocadas transitórias

− OEA evocadas produtos de distorção

As células ciliadas externas possuem contractilidade que se transmite aos líquidos

endolinfáticos e perilinfáticos, levando ao aparecimento de uma “onda viajante retrógrada”

que se movimenta da janela oval ao canal auditivo externo onde pode ser captada por

equipamento adequado. Embora a amplificação coclear produzida pelas células ciliadas

externas possa ser tão elevada como 40dB a energia acústica que chega ao canal aud